El extraño universo de la mecánica
cuántica
La mecánica cuántica empezó con la simple idea de que la
energía no está presente en cualquier cantidad, viene en fragmentos discretos,
llamados cuantos (Quanta). Pero al profundizar en la teoría se ha descubierto
que sus aplicaciones son sorprendentes y útiles.
- Superposición: Una partícula existe en distintos estados y lugares de forma simultánea. Esto es, un electrón puede estar en la punta de su dedo y en el rincón más lejano del Universo al mismo tiempo. Sólo cuando observamos la partícula, esta "escog" un estado en particular.
- Entrelazamiento cuántico: Dos partículas pueden entrelazarse de manera que sus propiedades dependan las unas de las otras, sin importar la distancia a la que estén. La medición de una parece afectar la medición de la otra instantáneamente, una idea que Einstein calificó de "espeluznante"
- Efecto túnel: Una partícula puede atravesar una barrera de energía, pareciendo que desaparece en uno de sus lados y reapareciendo en el otro. Gran parte de la electrónica moderna depende de este efecto
Leer todo el artículo, aquí
http://pepascientificas.blogspot.com.es/2013/01/biologia-cuantica-un-mundo-por-descubrir.html
عالم الميكانيكا الكموميّة
العجيب!
إنبثقت ميكانيكا الكوانتم من الفكرة البسيطة القائلة، لا تحضر الطاقة بأيّة كميّة، بل تأتي على شكل قطع متخفيّة، تسمى "كلٌّ منها كمّ". لكن، عند التعمُّق في هذه النظرية، جرى إكتشاف تطبيقات مثيرة ومفيدة لها.
مبدأ التراكب: تواجد
جزيء في حالات مختلفة وأماكن متنوعة بذات اللحظة. ما يعني، أن إلكترون ما، يمكن أن يتواجد في
بداية إصبعك وفي زاوية قصيّة من الكون بذات الوقت. فقط عندما نلاحظ الجزيء، يصبح
الأمر حالة خاصة.
التشابك الكمي: يمكن أن يتشابك جزيئان، بطريقة، تتوقف فيها
خصائص بعضها على بعضها الآخر، دون الاهتمام بالمسافة بينها. فقياس أحدهما يؤثر على
قياس الآخر تلقائياً، وهي فكرة وصفها آنشتاين ب "المُريعة".
النفق الكموميّ: يمكن للجزيء أن يعبر حاجز من الطاقة، يبدو أنّه يختفي بأحد
جوانبه ويعود للظهور من الجانب الآخر. يعتمد القسم الأكبر من الألكترونيّة الحديثة
على هذا الأثر.
الإختفاء في مكان وعودة الظهور بمكان آخر. التواجد بمكانين بذات الوقت. نقل المعلومة بسرعة تفوق سرعة الضوء:
الإختفاء في مكان وعودة الظهور بمكان آخر. التواجد بمكانين بذات الوقت. نقل المعلومة بسرعة تفوق سرعة الضوء:
عبارة عن ظواهر يجري شرحها منذ فترة إعتباراً من حزمة فيزيائيّة، تدرس
سلوك المادة والطاقة، إنه الميكانيك الكوانتيّ أو الميكانيك الكمّي.
لماذا يتوجب
إقحام هذا العلم في بحث الأزهار، الطيور المهاجرة ورائحة البيوض المتعفنة أو
الفاسدة؟
أهلا بكم في ربوع ما يسمى علم الأحياء الكوانتيّ أو علم الأحياء الكموميّ.
هذا العلم عبارة عن محاولة أولى،
بل محاولة تأمليَّة حتّى، لكنها تنمو باضطراد، يمكن لهذا العلم تثوير صناعة
الأدوية والحاسوب والعطور، وحتّى الإسهام بالكفاح ضدّ السرطان.
إلى وقت قريب، اعتبرت فكرة ربط علم الأحياء – الذي رآهُ الفيزيائيون بصورة مختلفة عمّا يراه علماء الأحياء – بأحوال المادة وتغيراتها، نوع من الحماقة.
إلى وقت قريب، اعتبرت فكرة ربط علم الأحياء – الذي رآهُ الفيزيائيون بصورة مختلفة عمّا يراه علماء الأحياء – بأحوال المادة وتغيراتها، نوع من الحماقة.
لكن، رويداً رويداً؛ ومن خلال العثور على أدلة واستخدامها، اكتسبت هذه الفكرة الأهميّة المتزايدة، كما شرح لوقا تورين من معهد فليمينغ في اليونان.
نباتات، طيور وأنوف
تابع تورين حديثه للبي بي سي، قائلاً:
"بشكل رئيسيّ، لدينا 3 حقول، حضور
الكوانتيّة فيها بديهي، ثلاث ظواهر قد هدمت الفكرة القائلة بعدم وجود علاقة للميكانيك
الكمّي الكوانتيّ مع علم الأحياء".
فالتركيب الضوئيّ
هو العمليّة التي أمكنها الإرتباط بالفيزياء الكوانتيّة بشكل
أكبر في الطبيعة. وهو الحقل الأكثر وضوحاً بين الحقول الثلاثة، حيث تتمكّن النباتات
وبعض البكتريا، بفضل التركيب الضوئيّ، من بناء الجزيئات التي تحتاجها، عبر إستعمال
طاقة الضوء الشمسيّ.
عندما تجري ملاحظة العمليّة عن قُرب، يبدو أنّ هناك حزم صغيرة من الطاقة بذات الوقت، "حيث تجرِّب" كل الطرق الممكنة للوصول، حيث يجب أن تصل ليجري لاحقاً اختيار الأكثر فعاليّة.
تحدث ريتشارد كوغديل من جامعة غلاسغو للبي بي سي، قائلاً:
"يبدو أنّ علم الأحياء قد تمكّن من إستخدام هذا النوع من الأثر في
بيئة دافئة ورطبة، بإعتماد مبدأ التراكب. لكن، لم نتمكن من فهم
كيفية قيامه بذلك".
لا تنتهي المفاجآت هنا، حيث يُرى بأنّ ألغاز مشابهة يمكن ملاحظتها في السلوك الحيوانيّ، اللقى المتصلة بهجرة الطيور التي تقطع بلدان وبلدان، بل وقارات أحياناً خلال هجرتها، يمكن العثور، هنا، على علاقة إرتباط بالفيزياء الكوانتيّة.
تبيِّن الإختبارات البيولوجيّة، بأنّه عند الهجرة، فقط يمكن لطيور أبو الحِنّاء (الشهير بأبو حنّ في شرق المتوسط) التوجُّه من خلال ألوان الضوء، وتكفي ترددات لاسلكيّة ضعيفة لتخلط الموقف عليها، فتتوه وتُضيّع طريقها. لكن، لم تصل التفسيرات المقدّمة إلى مرحلة تفسير هذه الظاهرة. حيث يعتبر المدافعون عن الإرتباط بين الكوانتيّة وعلم الأحياء، بأنّ طيور أبو الحِنّاء عند هجرتها، تعتمد على أثر التشابك الكوانتيّ أو الكمي.
وبحسب هذه الظاهرة الفيزيائيّة، تتشابك الجزيئات (وفي المصطلح التقنيّ الإنكليزي: entangled)، حيث لا يمكن تحديدها كجزيئات فرديّة، بل تُرى كنظام واحد. مهما تباعد الجزيئان "المتشابكان"، فكلاهما يعرف ما هو حاصل كل واحد مع الآخر، بل لديهما القدرة على نقل المعلومة بسرعة هائلة تفوق سرعة الضوء. تقترح الإختبارات بأنّ هذه الظاهرة تحدث ضمن الجزيئات الفردية لأعين الطيور.
فسّر جون مورتون من جامعة لندن الطريقة التي تشعر
من خلالها الطيور، على أنها أكثر غرابة، وسجّل:
"يمكننا تخيُّل أنها (عيون الطيور) عبارة عن نوع من الشاشات ذات العرض الجبهيّ، تُشبه الشاشة الموجودة أمام الطيارين، تطبع
صورة الحقل المغناطيسيّ، على وجه الخصوص، أي ما تراه حواليها".
تسبِّب هذه الفكرة مزيد من الجدل. لكن، ليس أكثر من الفرضيّة القائلة بحضور علم الأحياء الكوانتيّ في أنوفنا.
ترى غالبيّة الباحثين بأنّ حاسة الشمّ لدينا، تتوقّف فقط
على الشكل الذي تمتلكه الجزيئات التي نتنفسُّها. لكن، يرى الدكتور تورين أنّه إضافة للشكل هناك تأثير لإهتزازات الجزيئات، وذلك بفضل أثر كوانتيّ معروف تحت إسم أثر النفق.
يدعم إختفاء الإلكترونات في المُستقبِلات الأنفيّة، في
جانب من جزيء شمّي وتعود للظهور في الجانب الآخر، هذه الفكرة، فتتخلى عن القليل من الطاقة في
العملية.
يبيِّن مقال منشور في مجلة بلوس ون بأنّنا كأشخاص قادرين على التمييز بين نوعي جزيئات ذوي شكل متطابق، لكنهما ذوي إهتزازات مختلفة، الأمر الذي يقترح عدم الإكتفاء بالشكل كعامل وحيد في العملية. الأمر الملح بالنسبة للباحثين هو بلوغ ما يمكن للكوانتيّة أن تكونه في الظواهر الطبيعية.
أكّد الدكتور تورين:
"بأننا لا نعرف فيما لو ستدخلنا تلك الحقول الثلاثة إلى عالم قيد الإكتشاف، أو
فيما لا ينتظرنا شيء، في الواقع"، وتابع قائلاً: "لن نعرفه إلى أن نراه".
"هام للغاية"
"هام للغاية"
حظيت هذه الظاهرة بإهتمام كبير على مستوى عالميّ. ففي العام 2012، وضعت المؤسسة الأوروبيّة للعلوم برنامج، إسمه فاركست، بغاية خلق بنية بحث كوانتيّ على مستوى أوروبيّ، حيث يلعب علم الأحياء
الحيويّ دوراً رئيسياً في هذا البرنامج.
من جانب آخر، أقرّت وكالة مشاريع البحث المتقدمة التابعة لمكتب الدفاع في الولايات المتحدة الأميركية وضع شبكة وطنية لعلم الأحياء الكوانتيّ العام 2010، إضافة لظهور مكاتب متخصصة بهذا الموضوع في عدد كبير من البلدان من ألمانيا إلى الهند.
يمكن أن يؤدي الفهم الأفضل لحاسة الشمّ لدفع تجارة العطور، من خلال خلق روائح شخصية خاصة.
بصورة مشابهة، يمكن لتحقيق فهم أفضل لحيل الطبيعة، أن يُسهم في تطوير الجيل القادم من الحواسب الكوانتيّة. علماً أنّ دراسة علم الأحياء الكوانتيّ يمكن أن تمتلك إرتدادات أعمق.
يقترح بعض الباحثين بأنّ طيور أبو الحِنّاء تمتلك نوع من الصور ذات حقل
مغناطيسيّ يطبع كل ما تراه حواليها.
كذلك، أشار سايمون غين الباحث في هذا المشفى المختص بالأنف والأذن والمشارك الرئيسيّ بالمقال المنشور في مجلة بلوس ون، لأنّ مُستقبلات أنفنا الصغيرة معروفة باسم مُستقبلات متزاوجة مع البروتينات ج .
وتابع قائلاً:
"هي عائلة
فرعيّة من المُستقبلات التي نمتلكها في كل خلايا جسمنا، وتمثل جانب من التحديات
التي تتبدّى في تطوير أنواع جديدة من الأدوية".
"ما الذي يحصل، حال وجود تفاعل
مُستقبِل – دواء وببساطة لا نلاحظه لأننا لا نفكِّر بإمكانية علاج أثر كوانتيّ؟
يمكن لإكتشاف شبيه أن يمتلك آثار عميقة في تطوير خَلْقْ وإكتشاف الأدوية".
يبحث جيم الخليلي من جامعة سري إمكانيّة إنتاج أثر النفق خلال الطفرات في حمضنا النووي DNA – مسألة بارزة لأجل فهم تطوّر الحياة نفسها، أو لأجل مكافحة السرطان.
وكما قال للبي بي سي:
"فيما لو نكتشف حضور أثر
النفق في الطفرات، ستتمكّن فيزياء الكمّ من تفسير سبب صيرورة
خليّة سرطانيّة. فكل هذه الخيارات ستجبرنا على التفكير بأنّ الفيزياء الكوانتيّة
ليست حقلاً ثانوياً، بل يمكنها أن تساعد بالإجابة على بعض الأسئلة الهامّة حول
الطبيعة، حيث تتحول لعلم هامّ جدّاً".
ليست هناك تعليقات:
إرسال تعليق